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震動環境下渦街流量計如何精準計量
發布時間:20-08-31   
隨著社會的進步,工業的發展,用戶對流量計的使用要求越來越高。由于渦街流量計的適用范圍廣、可靠性高、維護量小,所以,已經成為了必不可少的流量測量工具。渦街流量計抗干擾能力差,很容易受到現場振動的干擾,現場若有較強振動就會出現計量不準確,下限不夠低或上限不夠高等問題。而管道振動是無處不在的,并具有多樣性。那么如何在振動環境下使渦街流量計能夠準確計量成為目前難題。
 
下面以渦街流量計DN25口徑為例進行簡單說明:
 
1.概況描述:渦街流量計口徑范圍是10mm-400mm(滿管式);頻率范圍大概在0.5Hz-4000Hz,口徑越大,頻率越低,口徑越小,頻率越高。DN25口徑的流量范圍大概在7.5m³/h-75m³/h,假設儀表系數為72000,那么其頻率值為150Hz-1500Hz ,量程比為1:10。
 
2.振動分析:振動根據場合多種多樣,但是主要影響渦街流量計*度的振動有兩種。一種是管道的低頻振動,頻率不高,大概在200Hz以下,我們稱其為低頻振動;還有一種是探頭的高頻自振頻率,也就是探頭諧振頻率,大概在4000-5000Hz。低頻振動主要影響渦街下限頻率,高頻自振頻率主要影響渦街上限頻率。
 
3.校驗分析:取一臺DN25口徑的渦街流量計,安裝在標定設備上,我們從100Hz頻率(流量5m³/h)開始,逐漸加大風量至2000Hz頻率(流量100m³/h)。然后分析管道振動如何影響渦街上、下限。
 
100Hz-150Hz:頻率值穩定,不過易受管道低頻振動影響,破壞了流量下限。
 
150Hz-500Hz:不易受管道振動影響,在一般場合進行使用,問題不大。
 
500Hz-1000Hz:受管道振動影響很小,可以忽略管道振動,在這一區間,渦街流量計信噪比很高,性能強勁。
 
1000Hz-1200Hz:探頭自振頻率影響開始顯現,伴隨著管道低頻振動,信號質量開始變差,流量計還能勉強工作。
 
1200Hz-1500Hz:探頭自振頻率強于渦街探頭頻率,信噪比變得很低,大部分渦街流量計無法正常工作。
 
1500Hz-2000Hz:探頭自振頻率完全占據主動,渦街探頭頻率被淹沒,渦街流量計已無法工作。
 
4.解決方案:對于下限的管道低頻振動,主要是提高探頭靈敏度和轉換器下限頻段的放大倍數,以此來提高信噪比;對于高頻自振頻率,目前通常是加大高頻濾波,使諧振頻率盡可能地衰減;還有另一種方法是使探頭輕量化,提高諧振頻率,其主要做法是對探頭進行割窄、割扁、割短的處理以減輕重量。
 
綜上所述,我們會發現這些解決方案是互相矛盾的。為了有好的下限,需提高探頭靈敏度,使用長探頭;但是為了上限又需要短探頭。因此,大部分渦街流量計DN25口徑其流量范圍只能做到8-60m³/h(量程比1:7.5),不能滿足用戶的使用需求。而DN15口徑、DN20口徑的情況,更加不能滿足使用需求。
 
5.技術改進:說來說去,歸根結底是提高信噪比的問題,提高信噪比的方法有很多,例如:采用低噪聲器件或降低工作電壓,采用自動跟蹤渦街頻率信號的可變帶通濾波器,屏蔽隔離良好布線等等,都是有效措施。隨著電子技術發展,市面上也有采用傅氏變換原理、相關性原理等進行設計的諸多渦街流量計轉換器,限于其相對復雜性、成本、功耗以及穩定性原因,使用效果并不太理想。
 
大家都知道,探頭采集到的準正弦波信號,經放大器放大后,在波峰、波谷處信噪比好。若將采集點移至波峰、波谷,那么渦街流量計抗振性能會得到很大的改善。對此,我們對信號進行了相位變換技術處理,使渦街流量計只采集波峰、波谷處的信號,這樣就提高了信噪比。在不修正探頭尺寸情況下,DN25口徑能做到在1:10的量程下達到1%的精度,在1:20的量程下達到1.5%的精度;DN15和DN20口徑在1:10量程下,達到1%或1.5%的精度;DN300口徑下限能測到500m³/h,基本滿足了用戶的使用要求。

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